太陽能中溫熱管接收器設計研究

　　不同蒸汽溫度下的熱管蒸發段傳熱系數曲線見圖4、熱管冷凝段傳熱系數曲線見圖5.由圖4、圖5可以看出，隨著傳輸功率的增大，熱管蒸發段和冷凝段傳熱系數都增加。熱管蒸發段包括液池段和液膜段兩部分，其傳熱過程為：在傳輸功率較小的情況下為薄膜蒸發，傳輸功率較大的情況下會產生飽和核態沸騰傳熱。熱管冷凝段傳熱過程為膜狀凝結，當液膜雷諾數Re，7.5時，認為液膜為光滑層流;當7.5

　　熱管蒸發段周向平均溫差如圖6所示，熱管管內蒸汽溫度為250和300 oC時，周向平均溫差為10℃左右，蒸汽溫度為350和380℃時，周向平均溫差為3℃左右。周向平均溫差定義是熱管蒸發段3個截面最大溫差的平均值。試驗中發現，溫度為250和300℃時，3個截面溫度分布相似，均為截面下表面溫度高，上表面溫度低;蒸汽溫度為350和380 oC時，接近冷凝段的截面溫度分布為上表面溫度高，下表面溫度低，與另外2個截面剛好相反，所以平均值變小。

　　3 中溫熱管接收器性能分析

　　本節主要分析熱管應用到DSG系統接收器中對接收器性能的改進，包括2個方面：接收器可靠性和接收器熱效率。

　　3.1 中溫熱管接收器可靠性

　　Eck等對DSG系統接收器吸熱管周向溫差進行了研究，發現當采用普通鋼管作為吸熱管時，吸熱管周向最大溫差為40 oC.Almanza等研究結果顯示普通吸熱管周向最大溫差為60℃。為改善吸熱管周向溫差，Vicente等¨糾采用銅鋼復合管替代普通鋼管作為吸熱管，結果表明吸熱管周向溫差降至8℃，效果顯著。根據模擬試驗的結果，筆者開發的中溫熱管接收器在改善吸熱管周向溫差方面效果也相當顯著，熱管管內蒸汽溫度為250和300 oC時，周向平均溫差為10℃左右，最大值低于13℃。蒸汽溫度為350和380℃時，周向平均溫差僅為3℃左右。

　　同時熱管蒸發段與冷凝段分離的特殊結構，使得汽水混合物對管路的沖擊很難傳遞到蒸發段，大大提高了接收器的可靠性。

　　3.2 中溫熱管接收器熱效率

　　通過能量平衡法建立拋物面槽式太陽能集熱器穩態傳熱模型，將上節模擬試驗得到的中溫熱管蒸發段和冷凝段的傳熱系數代人模型中，可算得中溫熱管接收器各部件溫度分布，接收器熱效率見圖7、圖8.由圖8可以看出，中溫熱管接收器熱效率較高，當流體平均溫度與環境溫度差為330℃時，熱效率仍然高達0.8，驗證了中溫熱管接收器優良的傳熱性能。模擬計算中取太陽輻射值為800 W/m2，系統流量為0.2 kg/s，系統壓力為4 MPa，環境溫度為20℃，集熱器參數見表1.

　　4 結論

　　1)熱管技術用于中溫太陽能接收器中大大改善了吸熱管周向溫差，熱管管內蒸汽溫度為250和300 oC時，周向平均溫差為lO℃左右，最大值低于13℃。蒸汽溫度為350和380℃時，周向平均溫差僅為3℃左右，達到了與銅鋼復合管相當的效果;熱管蒸發段與冷凝段分離，汽水混合物對管路的沖擊很難傳遞到蒸發段，提高了接收器可靠性。

　　2)中溫熱管接收器具有較高的熱效率，當流體平均溫度與環境溫度差為330℃時，熱效率仍然高達0.8.這驗證了熱管技術用于中溫太陽能接收器中的可靠性和優越性。